A system identification is to estimate the mathematical model on the base of input output data and to measure the output in the presence of adequate input for the controlled system. In the traditional system control field, most identification problems have been thought as estimating the unknown modeling parameters on the assumption that the model structures are fixed. In the system identification, it is possible to estimate the true parameter values by the adjusted least squares method in the input output case of no observed noise, and it is possible to estimate the true parameter values by the total least squares method in the input output case with the observed noise. We suggest the adjusted least squares method as a consistent estimation method in the system identification in the case where there is observed noise only in the output. In this paper the adjusted least squares method has been developed from the least squares method and the efficiency of the estimating results was confirmed by the generating data with the computer simulations.
Recently, numbers of long span pedestrian suspension bridges have been constructed worldwide. While recent tragedies regarding pedestrian suspension bridges have shown how these bridges can wreak havoc on the society, there are no specific guidelines for construction standards nor safety inspections yet. Therefore, a structural health monitoring system that could help ensure the safety of pedestrian suspension bridges are needed. System identification is one of the popular applications for structural health monitoring method, which estimates the dynamic system. Most of the system identification methods for bridges are currently adapting output-only system identification method, which assumes the dynamic load to be a white noise due to the difficulty of measuring the dynamic load. In the case of pedestrian suspension bridges, the pedestrian load is within specific frequency range, resulting in large errors when using the output-only system identification method. Therefore, this study aims to develop a system identification method for pedestrian suspension bridges considering both input and output of the dynamic system. This study estimates the location and the magnitude of the pedestrian load, as well as the dynamic response of the pedestrian bridges by utilizing artificial intelligence and computer vision techniques. A simulation-based validation test was conducted to verify the performance of the proposed system. The proposed method is expected to improve the accuracy and the efficiency of the current inspection and monitoring systems for pedestrian suspension bridges.
Recently, a new output-only modal identification method based on time-frequency independent component analysis (ICA) has been developed by the authors and shown to be useful for even highly-damped structures. In many cases, it is of interest to identify the complex modes of structures with non-proportional damping. This study extends the time-frequency ICA based method to a complex ICA formulation for output-only modal identification of non-proportionally-damped structures. The connection is established between complex ICA model and the complex-valued modal expansion with sparse time-frequency representation, thereby blindly separating the measured structural responses into the complex mode matrix and complex-valued modal responses. Numerical simulation on a non-proportionally-damped system, laboratory experiment on a highly-damped three-story frame, and a real-world highly-damped base-isolated structure identification example demonstrate the capability of the time-frequency complex ICA method for identification of structures with complex modes in a straightforward and efficient manner.
Park, Sung-Man;Lee, Dong-Hee;Lee, Jong-Bok;Kwon, O-Shin;Kim, Jin-Sung;Heo, Hoon
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.10
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pp.918-922
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2007
Most of the study on system identification has been carried out using input/output relation in physical domain. However identification concept of stochastic system has not been reported up to now. Interest is focused to identify an unknown dynamic system under random external disturbances which is not possible to measure. A concept to identify the system parameters in stochastic domain is proposed and implemented in terms of simulation. Attempt has been made to identify the system parameters in inverse manner in stochastic domain based on system output only. Simulation is conducted to reveal quite noticeable performance of the proposed concept.
For the slender and flexible cable supported bridges, identification of all the flutter derivatives for the vertical, lateral and torsional motions is essential for its stability investigation. In all, eighteen flutter derivatives may have to be considered, the identification of which using a three degree-of-freedom elastic suspension system has been a challenging task. In this paper, a system identification technique, known as covariance-driven stochastic subspace identification (COV-SSI) technique, has been utilized to extract the flutter derivatives for a typical bridge deck. This method identifies the stochastic state-space model from the covariances of the output-only (stochastic) data. All the eighteen flutter derivatives have been simultaneously extracted from the output response data obtained from wind tunnel test on a 3-DOF elastically suspended bridge deck section-model. Simplicity in model suspension and measurements of only output responses are additional motivating factors for adopting COV-SSI technique. The identified discrete values of flutter derivatives have been approximated by rational functions.
The paper summarizes the dynamic-based assessment of a reinforced concrete arch bridge, dating back to the 50's. The outlined approach is based on ambient vibration testing, output-only modal identification and updating of the uncertain structural parameters of a finite element model. The Peak Picking and the Enhanced Frequency Domain Decomposition techniques were used to extract the modal parameters from ambient vibration data and a very good agreement in both identified frequencies and mode shapes has been found between the two techniques. In the theoretical study, vibration modes were determined using a 3D Finite Element model of the bridge and the information obtained from the field tests combined with a classic system identification technique provided a linear elastic updated model, accurately fitting the modal parameters of the bridge in its present condition. Hence, the use of output-only modal identification techniques and updating procedures provided a model that could be used to evaluate the overall safety of the tested bridge under the service loads.
In this study an output-only system identification technique for civil structures under ambient vibrations is carried out, mainly focused on using the Stochastic Subspace Identification (SSI) based algorithms. A newly developed signal processing technique, called Singular Spectrum Analysis (SSA), capable to smooth a noisy signal, is adopted for preprocessing the measurement data. An SSA-based SSI algorithm with the aim of finding accurate and true modal parameters is developed through stabilization diagram which is constructed by plotting the identified system poles with increasing the size of data matrix. First, comparative study between different approaches, with and without using SSA to pre-process the data, on determining the model order and selecting the true system poles is examined in this study through numerical simulation. Finally, application of the proposed system identification task to the real large scale structure: Canton Tower, a benchmark problem for structural health monitoring of high-rise slender structures, using SSA-based SSI algorithm is carried out to extract the dynamic characteristics of the tower from output-only measurements.
This paper reviewed a few output-only system identification algorithms and identified the shortcomings of those popular blind source separation methods. To address the issues such as less sensors than the targeted modal modes (under-determinate problem), repeated natural frequencies as well as systems with complex mode shapes, this paper proposed a complex wavelet modified second order blind identification method (CWMSOBI) by transforming the time domain problem into time-frequency domain. The wavelet coefficients with different dominant frequencies can be used to address the under-determinate problem, while complex mode shapes are addressed by introducing the complex wavelet transformation. Numerical simulations with both high and low signal-to-noise ratios validate that CWMSOBI can overcome the above-mentioned issues while obtaining more accurate identified results than other blind identification methods.
Proceedings of the Korea Society for Industrial Systems Conference
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2001.05a
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pp.145-151
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2001
An extension of interaction matrix formulation to the problem of system and disturbance identification for a plant that is corrupter by both process and output disturbances is presented. With only an assumed upper bound on the order of the system and an assumed upper bound on the number of disturbance frequencies, it is shown that both the disturbance-free model and disturbance effect can be recovered exactly from disturbance-corrupted input-output data without direct measurement of the periodic disturbances. The rich information returned by the identification can be used by a performance-oriented model-based loaming or repetitive control system to eliminate unwanted periodic disturbances.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.4
no.2
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pp.109-113
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2002
Van de Vusse reactor is known as a highly nonlinear chemical process and has been considered by a number of researchers as a benchmark problem for nonlinear chemical process. Various identification methods for nonlinear system are also verified by applying these methods to Van de Vusse reactor. From the point of view of identification, only the Volterra kernel of second order has been obtained until now. In this paper, the authors show that Volterra kernels of nonlinear Van de Vusse reactor of up to 3rd order are obtained by use of M-sequence correlation method. A pseudo-random M-sequence is applied to Van de Vusse reactor as an input and its output is measured. Taking the crosscorrelation function between the input and the output, we obtain up to 3rd order Volterra kernels, which is the highest order Volterra kernel obtained until now for Van de Vusse reactor. Computer simulations show that when Van de Vusse chemical process is identified by use of up to 3rd order Volterra kernels, a good agreement is observed between the calculated output and the actual output.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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